高级模拟集成电路设计_第三讲ppt课件.ppt

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1、研究背景自然所有的界物理量都是模拟信号的形式廉价、高速的数字集成电路大量出现数字信号处理技术具有更多的优势：便于传输、计算、存储等优点A/D和D/A是连接模拟和数字的桥梁常见的模数转换器结构精度与速度的折衷Nyquist-RateA/DVS.ΣΔADCNyquist-RateA/D对模拟电路精度的要求很高AAF需要高阶模拟滤波器速度快，功耗大Nyquist-RateA/DVS.ΣΔADCΣΔADC放松了对模拟电路精度的要求低阶的AAF模拟滤波器即可精度高，速度慢，功耗小ΣΔADC结构示意图模拟部分：ΣΔ调制器

2、数字部分：抽样滤波器量化误差近似成一个在[-Δ/2，+Δ/2]范围内均匀分布的加性白噪声，量化噪声的总功率为：ΣΔADC频率特性ΣΔADC应用领域及发展趋势应用领域信号带宽精度传感器和仪表仪表50KHz以下12-24bits音频Audio20KHz以下12-24bits无绳电话AMPS15KHz15bitsGSM200KHz13.5bitsCDMA2000615KHz12bitsDECT700KHz12bitsADSL1.1MHz13bitsWCDMA1.92MHz11bitsADSL2+2.2MHz12bi

3、tsISDB-T3MHz12bitsDVB-T4MHz12bits稳定性分析一阶调制器的线性模型量化器增益G=y/x=?SigmaDelta基本原理量化器的增益G稳定性分析一阶调制器的可变增益模型稳定性分析二阶调制器稳定性分析二阶调制器a1＝0.9稳定性分析三阶调制器a1=1.98，a2=1.09，a3=0.413稳定性分析三阶调制器a1=1.98，a2=1.09，a3=0.413稳定性分析结论一阶、二阶调制器是绝对稳定大于二阶的高阶调制器是条件稳定的，并且一旦出现不稳定后，即使把产生不稳定的因素除去，调制器

4、也不能恢复到稳定状态。模式噪声(PatternNoise)模式噪声现象：表现为调制器输出序列中出现某种固定模式的周期性和循环特性频谱中在某一频率存在较大频率成分(tones)原因：量化器的量化误差与量化器的输入信号相关引入的问题：在音频应用时，会产生刺耳的声音模式噪声加Dither信号抑制模式噪声未加Dither加Dither多位DAC的线性化多位DAC的非线性调制器中多位DAC全差分实现电路多位DAC的线性化动态元器件匹配(DEM）基本思想是在不同时刻，选择不同的元器件来实现某个给定的输入数字字的数模转换。

5、随机平均算法(RandomAveraging)、数据权重平均法(DWA)、部分数据权重平均法(PDWA)、伪随机数据权重平均法（pseudoDWA）DWA实现电路简单,不但能够抑制调制器的谐波分量，还能对多位DAC误差进行一阶整形。DWA算法DWA算法调制器输出信号功率谱未采用DWA采用DWA量化误差功率谱未采用DWA采用DWA开关导通电阻开关导通电阻线性导通电阻对调制器的影响开关导通电阻非线性导通电阻对调制器的影响运算放大器的有限增益运算放大器的有限增益运算放大器的有限增益运算放大器的有限增益运算放大器的有

6、限增益运算放大器的有限单位增益带宽运算放大器的有限单位增益带宽问题的提出(6L+3)dB调制器的带宽1）减小过采样率M，要保持SNR不变，则L单环高阶ΣΔ调制器存在稳定性问题。2）增加调制器的工作频率受工艺的限制，以目前的工艺水平，设计应用在大于150MHz的采样保持电路中的高增益运放还是相当困难的。思想来源：时间交织PipelineADC转换速度提高了4倍，实现了低速ADC实现高速数据转换两通道滤波器组频谱混叠项两通道滤波器组无混叠条件H0(z)的类型I的多项分解H1(z)的类型I的多项分解块数字滤波器结构

7、块数字滤波器结构实际电路实现时，块数字滤波器结构出现的问题两通道块滤波器结构信号混叠示意图带通噪声传递函数传统单通道调制器结构两通道时间交织2阶ΣΔ等效结构两通道时间交织2阶ΣΔ调制电路仿真结果对比若M=64,带宽为0.505MHz，SNDR＝86.4dB71.4MHz142.8MHz若M=64,带宽为1.1MHz，SNDR＝84.7dB传统单通道调制器结构本文结构两个通道之间存在0.5%系数失配时的仿真结果采用高通NTF(z)本文结构两个通道之间不存在系数适配时，SNDR=84.7dB栅压自举开关电路电路设

8、计时钟产生电路两相不交叠时钟以及其稍微提前关断的时钟信号产生电路带隙基准电路电流偏置电路减小IR压将，采用电流来传输，在需要偏置电压的地方再生成所需的偏置电压。参考电压电路运放输入共模和输出共模参考电压以及ADC、DAC参考电压产生电路提高驱动能力积分器中运放电路量化器电路减小比较器的回踢噪声(KickbackNoise)量化器中比较器电路高速锁存比较器电路差分输入对CMOS锁存器RS锁存器